【発明の詳細な説明】
デジタルデータ通信システム
本発明は、複数の送信局及び少なくとも一つの受信局を具えるデジタルデータ
通信システムであって、前記送信局はそれぞれ、デジタルデータ信号のソースと
、このデジタルデータ信号を個別のチャネルの前記少なくとも一つの受信局に送
信する手段とを具え、前記少なくとも一つの受信局は複数の受信機を具えるデジ
タルデータ通信システムに関するものである。
このようなシステムは、複数の相違する光学的周波数で通信する受動光ネット
ワークに関連する英国特許公開明細書第2241847 号公報から既知である。この従
来の装置では、システムの各モードは、大抵の場合桁外れに高価な各送信局に対
する受信機を具える。特定チャネルを予めデータ通信に割り当てた通信システム
を構成することもできるが、これにより、制御がオーバーヘッドとなり、チャネ
ルを割り当てる必要があり、かつ、システムも複雑にする失敗した接続を再び試
みることとなる。本発明の目的は、これら不都合を改善することである。
本発明によれば、第１段落で規定したようなシステムは、前記送信局の数は各
受信局の受信機の数より多く、前記各受信局は、任意の単一送信局からのデジタ
ルデータ信号を受信する手段を具え、各送信局は、これらの関連の送信時間に関
係なく全ての送信局からの全てのデジタルデータ信号を前記受信局が順次受信し
うるように送信前に前記デジタルデータ信号に対して十分な量の冗長を付与する
手段を更に具えることを特徴とするものである。
（代表的には５回より多くの）十分な量の冗長を有する各データ信号を送信す
ることにより、送信局がそれらのデータ及びそれに関連する冗長を１回のみ送信
する「送信及び忘却」通信システムを設けることができる。この場合、送信局は
、チャネルを要求し、自由なチャネルを待機し、かつ、不成功のチャネル要求を
再送信する必要がない。さらに、受信局は、英国特許公開明細書第2241847 号公
報で設けた多数の受信機を必要としない。代表的には、所定の状況ではパフォー
マンスを向上させるために第２の受信機を設けることができるが、一つの受信機
のみを各受信局に設けるだけでよい。
本発明は、広いバンド幅を有する受動光学的ネットワーク(PON)通信システム
に特に好適であり、その結果、波長分割マルチプレクサ処理(WDM)又は固有マル
チチャネル(CMC)装置によって多数のチャネルを設けることができる。各送信局
が同一光学的周波数を用いるが独自の電気的周波数を用いる場合、サブ搬送マル
チプレクサ処理を用いることもできる。しかしながら、本発明は光学的システム
に限定されるものではなく、（空間又は分周マルチプレクサ処理を用いる）ワイ
ヤを有するシステム及び無線システムに本発明を適用することもできる。
本発明によるシステムは、受信した信号の固有の肯定応答がないことを特徴と
するものである。肯定応答が全くないというよりはむしろ固有の肯定応答がない
区分を形成する。その理由は、通常のシステムでは、以前のメッセージに対する
関連の応答の形態のユーザレベル肯定応答を使用することが多いからである。
本発明による通信システムを非同期システムとして好適に設けることができ、
これにより一層の簡略化を図ることができ、信号のスループットをコストを軽減
するのを助ける。
本発明により要求される大きな冗長は、任意の送信機を電源から作動させるべ
き場合特に欠点となることは明らかであるが、この欠点は、最大距離可分離(MDS
)コードにより冗長を設けることにより（光学的システム、ワイヤを設けたシス
テム、及び無線システムに対しても同様に）最小限に止めることができる。この
ようなコードは、所定の量の冗長に対して最適パフォーマンスを付与する。
本発明は、本発明によるデータ通信システムを用いる送信局及びデジタルデー
タ通信方法に関するものでもある。
本発明を、図面を参照して例示して説明する。
図１は、本発明による光学的な実施の形態のブロックダイヤグラムを示す。
図２は、本発明の記載を補助するダイヤグラムを示す。
図３は、本発明におけるセル分割係数に対するセル損失確率のグラフを示す。
図４は、システムスループットに対するセル分割係数のグラフを示す。
図５は、システムスループットの種々の値の種々のコード化速度に対するセル
分割係数のグラフを示す。
図６は、本発明のスイッチの実施の形態のブロックダイヤグラムである。
図７は、受信局ごとに二つの受信機を有するシステムのコード化速度に対する
セル分割係数のグラフを示す。
図面中、同一形態には同一符号を用いて表した。
図１は、本発明で利用しうるタイプのマルチアクセスネットワークを示す。光
学的受信局ＲＳを、光ファイバを介してを介して受動スター結合器ＳＣに結合す
る。この受動スターカプラＳＣも、光ファイバを介して複数の送信局ＴＳ１，Ｔ
Ｓ２，…，ＴＳＮ（明瞭のために三つの局のみを図示する。）に接続する。各送
信局ＴＳ、例えばＴＳ１は、カスケード接続したデータソースＤＳ１，コーダＣ
１及び送信器Ｔｘ１を具える。各送信器を、他の送信器の光学的周波数と相違す
る特定の光学的周波数ｆ１，ｆ２，…，ｆＮで送信するように配置する。受信局
ＲＳは、送信器の周波数のうちの任意の一つに同調することができ、したがって
送信器から送信される任意の信号を受信する受信器Ｒｘを具える。受信器Ｒｘを
、送信器の光学的周波数を近接して配置しうるヘテロダイン変化とすることがで
き、このような分周システムは通常コヒーレントマルチチャネル（ＣＭＣ）と称
される。光学的フィルタ処理を、直接検出しうるチャネルを分離するのに使用し
うるように、周波数をより広い間隔で配置することもできる。この後者の分周技
術は通常、波長分割マルチプレクサ処理（ＷＤＭ）と称する。これら光学的通信
技術のいずれかを実行するハードウェアの詳細は、当業者には十分既知である。
コーダＣ１，Ｃ２，…，ＣＮの動作を以下説明する。
スロットル化した場合を、送信局からの全ての符号化されたデータ信号を結合
器ＳＣしたがって受信局ＲＳで同期させる例として考察する。この同期を達成す
る技術の一つは、各送信局から受信局までの往復遅延を測定し、かつ、送信出力
タイミングを各送信機に割り当てるすることである。これは実際には、特定の送
信局の往復遅延と受信器局から最も離れた送信局の往復遅延との間の差の半分に
等しい時間となる。この際、他の遅延がこの最も離れた送信局に適用されない。
他の技術では、できるだけ遠くの距離にある仮想的な送信局に対する時間遅延を
割り当てるが、これにより大抵のシステムでは不必要に長い遅延となる。
このような直接的な例では、各コーダＣを、単に各データソースＤＳからのデ
ジタルデータ信号を５回繰り返すように配置し、その結果送信器Ｔｘから送信さ
れた信号は単に、六つの同一信号の連続バージョンとなる。受信局の受信器は、
全てのデータを受信するために任意の順序で送信局の各周波数に同調するだけで
よい。図２は、システムの動作を表すダイヤグラムであり、図において、垂直軸
は複数の別個の送信器からの送信機能及び受信機の機能を表し、かつ、水平軸は
時間を表す。六つの送信局ＴＳ１〜ＴＳ６が六つの相違する周波数で同時に連続
して６回データ信号を送信する最悪の場合のスロットル化した装置を考察する。
この繰り返しコードを、本発明により使用しうる最も簡単なタイプの冗長とする
。したがって受信器は、任意の順序で全ての送信局の周波数に同調するとともに
これらの送信した信号を受信することにより、各送信局から完全なデータ信号を
受信することができる。図示した例では、受信器は、Ｔｘ３，Ｔｘ１，Ｔｘ４，
Ｔｘ６，Ｔｘ５，Ｔｘ２の順序で六つの送信器からの信号に同調する。相違する
チャネルにデータが送信されるので、同時的な信号はいわゆる非破壊衝突により
互いに損傷を与えない。データソースからの信号のそれぞれに大きい冗長を加え
ることにより、データ信号の全てを、いかなる任意のオーバーヘッド信号送信な
しで送信局と受信局との間で通信させることができる。明らかに、新たな周波数
のそれぞれに対して同調する受信器にとられる時間を考慮する必要があり、この
ために迅速に同調する受信器が必要となる。このような受信器に加えて又はこの
ような受信器の代わりに、送信器を、これら送信器のデータ信号の連続的な送信
間に少量の時間、換言すればガードスロットを設けるように配置して、データ信
号の全てがそれらの全体で受信されるようにする。
本発明による通信システムは通常、各デジタルデータ信号に対して十分な冗長
を加える贅沢を有しなく、信号及び冗長の量は、システム中の送信局の数に等し
い。通信すべきデジタルデータがセル中に生じると考えられる場合、システムの
サイズが増大するに従って、多数の任意の特性を、統計的なマルチプレクサ処理
により許容しうる低いセル損失の確率を提供するのに利用することができる。明
らかに、多数のチャネルが同時に能動となる必要がある場合、一つ又はそれ以上
の送信局からのセルが受信されない。許容しうるセル損失の確率は用途によって
決定され、その結果以下の説明が許容しうるレベルとして10-9のセル損失確率を
とるが、この数字は用途に応じて増大又は減少しうる。
通信システムの利用しうる伝達時間のより有効な使用は、より洗練された冗長
のコード化、特に最大距離可分離(MDS)コード化の使用に起因する。このコード
化は、アムステルダムに所在のNorth Holland Publishing Companyから発行され
たF.J.MacWilliams 及びN.J.A.SloaneによるTheory of Error Collecting Codes
の第11章に詳細に記載されている。これらのコードは、コードワードとｋ符号と
の間の最大の取りうる距離をメッセージ符号として取ることができる性質を持っ
ている。したがって、この通信システムにこれらコードを適用させるために、デ
ータセルを複数ｋのマイクロセルに分割し、その後MDS コードを用いてコード化
してｎ個のコード化したマイクロセルを発生させる。ｎ個の符号化されたマイク
ロセルのうちの任意のｋ個を、元のｋ個のマイクロセルしたがって元のデータ信
号を再構成するのに使用することができる。この場合、記述ｋをセル分割係数と
称する。この通信システムのこのようなコードの利点は、以下の記載から容易に
わかる。同期システムを、分析を簡単にするために、受信機が任意のチャネルか
ら各時間スロット（換言すれば最初の受信機すわなちマイクロセルの幾分のガー
ド時間）のマイクロセルを受信することができると仮定するものであると考える
。マイクロセルを、信号を含むこれらチャネルから任意に受信するものと考える
。通信システムの分析では通常であるが、最終的な目的は、スループットを最大
にすることがである。
Ｎ個の送信局の各々が任意の時間に１秒ごとにαセルの速さでデータセルを送
信し、かつ、１秒ごとにＢビットの速さでセルを送信するのに要求される時間を
β秒とするものと考える。コード化されておらず、かつ、分割されていないセル
を受信する確率は、
Ｐ＝（単位時間に受信したセルの数）／（単位時間に送信したセルの数）
となる。
この場合冗長を、最大距離可分離コードを用いて追加する。セルを、マイクロ
セルと称されるｋ個の区分に分割し、これらマイクロセルを、ｎ個のマイクロセ
ルの任意のｋ個が元のセルを再構成するのに十分となるようなｎ個のマイクロセ
ルにコード化する。マイクロセルを受信する確率は上記Ｐに類似しており、以下
のようにして与えられる。
任意のｋ個又はそれ以上のマイクロセルを受信した場合、セルを順次再構成す
ることができ、したかってセルの受信確率はこの場合、
となる。
実際には、コード化されたマイクロセルの数ｎが大きく、かつ、要求されるセ
ルの損失確率が小さいと仮定するのが理想的である。その結果、ｎ及びｐ（受信
するマイクロセルの確率）の積は１より十分大きく、np(1-p)は１より大きい。
このような状況では、２項分布をガウス分布関数Ｇによって近似することができ
、
となる。ここで、ｘ＝（ｋ−１−ｎｐ）／√（ｎｐ（１−ｐ））とする。
ｎが無限となる傾向にあり、かつ、コード化速度k/n がマイクロセルを受信す
る確率ｐより小さいという制限の下では、ｘは負の方向に無限大となり、Ｐの等
式の積分項が零となる傾向にある。したがって、セルを受信する確率Ｐは、
という条件では１に近づく傾向にある。ここで、
に簡略する。したがって、小さなコード化速度（n/k が大きいことを意味する。
）に対して、スループットＮαβは１に近づく。この結果は、各送信局が一つの
コード化したセルを非常に低いコード化速度で送信する場合、受信機がデータを
実際に一定に受信することができるという洞察と一致する。受信すべきデータを
含むチャネルを受信機が自覚していると仮定する。これを、例えばチャネルの全
てのエネルギーを継続的に感知することにより、すなわち、分周マルチプレクサ
システムにおいて、信号を含むこれらチャネルを表す複数の「記録」(‘blips’
)を有する周波数スペクトルを獲得する非常に速い走査受信機を含むことにより
達成することができる。好適なチャネル感知装置は当業者には既知である。
本発明を非同期通信システムに適用する場合、計算されるスループットは僅か
に悪化する。その理由は、スロット化されていないデータの送信が原因で別のマ
イクロセルを損失するからである。この悪化は当然、非同期システムの全体的な
タイミングの要求の欠乏により補償される。
実際のシステムでは、ｎを無限にすることができず、その結果セルを受信する
確率Ｐが正確に１にならないことは明らかである。したがって、許容しうるセル
損失確率及びスループットを有する通信システムにどの実際のｎの値を適用でき
るかを決定する必要がある。図３は、1/8 のコード化速度及び0.5 のスループッ
トＮαβに対する水平軸のセル分割係数ｋに対する垂直（対数）軸のセル損失確
率のグラフを示す。理想的なセル損失確率の値に対して大きなｋの値が要求され
ることは明らかである。許容しうるセル損失確率は用途に応じて大きく変動し、
この場合この確率は１０-9を採るものとする。ｋの値を最小にするとともに実際
のシステムに付与するコード化速度及びスループットを最大にするのが望ましい
。これらの要件は相反するものであり、任意の特定の用途に対してバランスをと
る必要がある。次のグラフは、このバランスを達成するのを助ける。
図４は、複数の相違するコード化速度の値に対する水平軸のスループットＮα
βに対する垂直軸のセル分割係数ｋを示す。最高の（破線）曲線は1/3 のコード
化速度に相当し、次の曲線（一点鎖線）は1/100 のコード化速度に対応し、実線
は実際には、下降する順番で1/5,1/7,1/9 のコード化速度に相当する三つの曲線
である。図からわかるように、所定のスループットに対して、コード化速度が減
少するに従って、ｋの値が最初減少し、その後増加する。これは、所定のスルー
プットの値に対するコード化速度に対してｋの値を減少させることができること
を意味する。
図５は、スループットの種々の値に対する水平軸のコード化速度の逆に対する
垂直軸のセル分割係数ｋを示す。最大カーブは0.6 のスループットに相当し、残
りの曲線は、0.5 ,0.4及び0.3 のスループットにそれぞれ対応する。グラフ上の
興味深い区域のうちの一つは、1/8 周辺のコード化速度及び約60のセル分割係数
を有するスループットに関するものである。これらグラフを用いることにより、
本発明による通信システムのパラメータを、ユーザの要求に適合するように規定
することができる。
完全に任意なアクセスを記載したが、受信機の動作を、本発明の範囲内で、例
えば複数の送信局からの大幅に相違するトラフッィク密度を考慮して変更するこ
とができる。送信局ＴＳ１が送信局ＴＳ２の平均トラフィック密度の５倍より上
のトラフィック密度を有する場合、コーダＣ１，Ｃ２のコード化速度及び受信機
の動作を以下のように配置することができる。速度1/2 コードをＴＳ１からのデ
ータトラフィックに適用する、すなわちｎを２倍のｋのみとする。速度1/10コー
ドをＴＳ２からのデータに適用する、すなわちｎを１０倍のｋのみとする。所定
の量のデータに対して、ＴＳ２はマイクロセルをＴＳ１の５倍送信するが、これ
らの各トラフィック密度が相違するので、これらの局は等しい時間の割合で送信
する。受信局に、ＴＳ１からの受信を支持するその受信機にバイアスをかける情
報を付与する。ＴＳ１からの受信に費やす時間の割合は、ＴＳ２からの受信に費
やす時間の割合の５倍より多くなる。しかしながら、受信機の動作は任意のまま
である。相違するコード化速度は、ＴＳ１とＴＳ２の両方からのセルに対する等
しいセル損失確率を等しく付与するような受信機の動作によって補償される。し
かしながら、ＴＳ１から受信局までのスループットはＴＳ２からのものの５倍よ
り上である。しかしながら、全く任意に作動するように受信機を配置することも
でき、この場合相違するコード化速度により、相違するスループットよりむしろ
相違する誤り確率が発生する。この原理を、受信機の動作を変えることにより又
は変えることなく、更に広げて、多数の相違するトラフィック速度に対処するこ
とができ、かつ、ネットワーク管理の制御の下で適合性があるように配置するこ
ともできる。
通信システムを、受信局に第２の受信機を付加することにより、多少の余分な
コストで、パフォーマンスを高めて配置することができる。図６は、複数の送信
局ＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３…ＴＳＮをそれぞれ各送信ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３…
ＬＮに結合した本発明によるスイッチの態様を示す。送信局からの送信ラインを
全て受信局ＲＳ１に接続する。上記例のように、各送信局は、デジタルデータを
コーダＣに供給するデータソースＤＳを具え、コーダＣは、コード化されたデー
タを送信機Ｔｘに供給する。送信機Ｔｘ１は、送信ラインＬ１に沿ってデータ及
び冗長を送信する。残りの送信局ＴＳ２…ＴＳＮを同様に構成し、これらの局は
、各送信ラインＬ２…ＬＮに沿ってデータ及び冗長を送信する。受信局ＲＳ１は
、それぞれがスイッチＳＷ１及びＳＷ２を介してＮ本の送信ラインＬのうちの任
意の一つに接続しうる二つの受信機Ｒｘ１及びＲｘ２を具える。データ及び冗長
を本形態で送信する方法は任意の適切な形態をとることができる。受信機Ｒｘ１
及びＲｘ２を、互いに相違するチャネルから受信するように最適に配置して、既
に説明した受信ソースの浪費を回避する。各受信機を、送信局のサブセットから
の信号を受信するように配置することもできるが、これは実際には、単一システ
ムの場合と同様に統計的なマルチプレクサ処理によって利益を得ない二つの個別
の通信システムを提供する。
作動中、図６に示すような本発明による硬いワイヤの実施の形態は、光学的な
実施の形態と大体同様な動作をするが、チャネル分離を周波数領域ではなく物理
的に付与する。受信チャネルの切替時間に関する光学的領域に直面する困難は、
ワイヤによる実施の形態の問題より幾分少ない。その理由は、急速な固体型スイ
ッチを容易に利用でき、かつ、チャネルエネルギー感知を容易に行いうるからで
ある。さらに、（互いに相違するチャネルから受信するように二つの受信機を配
置するという条件の）硬いワイヤの実施の形態は、図１の光学的な実施の形態の
受信機のローディングが原因のビットレートの劣化を被ることがない。
図７は、図６の受信局システムごとの二つの受信機に対するコード化速度に対
するセル分割係数のグラフを示す。２又は３程度の低いコード化速度の値では、
良好な結果が得られることがわかる。最も上の曲線は0.95のスループットに対応
し、残りの曲線は、降下する順序で0.9,0.8 及び0.6 のスループットにそれぞれ
関連するものである。これらのスループットの値は、受信局が常に相違する送信
局から受信するという仮定に基づく。このグラフを光学的な場合に適用するため
に、このグラフに対するスループットの値を半分にする必要がある。その理由は
、送信された信号電力が受信機間で分割されるからである。図５のグラフと比較
すると、第２の受信機を使用することにより、同一システムスループットに対し
て約25％のセル分割係数を減少させることができる。受信機を更に追加すること
ができるが、スループット、信頼性及びコストのバランスは、受信機の数が少数
の方が好適である。二つの受信機は実際には好適である。その理由は、リターン
の減少が小さくなり、かつ、第１の追加の受信機が所定の追加のコストに対して
最適なパフォーマンス利得を付与するからである。
本発明を、無線分野、特に送信局が幹線すなわち車両電圧源から給電される場
合にも適用することができる。チャネル分離を、分周マルチプレクサによって最
もよく行うが、例えばコード分離マルチプレクサを用いて別個の送信チャネルを
付与する用途を考察することができる。このような場合、各送信局ＴＳは、他の
全ての送信された信号に直交する信号を発生させるそれ自身の独自の拡大コード
又はキーを有し、これにより非破壊マルチアクセスチャネルを付与する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Digital data communication system The present invention is a digital data communication system comprising a plurality of transmitting stations and at least one receiving station, each transmitting station comprising a source of a digital data signal, Means for transmitting digital data signals to said at least one receiving station on a separate channel, said at least one receiving station relating to a digital data communication system comprising a plurality of receivers. Such a system is known from GB-A-2241847 relating to a passive optical network which communicates at a plurality of different optical frequencies. In this conventional device, each mode of the system comprises a receiver for each transmitting station, which is often prohibitively expensive. It is also possible to configure a communication system in which a specific channel is assigned to data communication in advance, but this causes control overhead, requires a channel to be assigned, and complicates the system, so that a failed connection is retried. . The aim of the present invention is to remedy these disadvantages. According to the invention, the system as defined in the first paragraph is characterized in that the number of said transmitting stations is greater than the number of receivers of each receiving station and each said receiving station is digital data from any single transmitting station. Means for receiving signals, each transmitting station prior to transmission such that each receiving station may sequentially receive all digital data signals from all transmitting stations regardless of their associated transmission time. It further comprises means for providing a sufficient amount of redundancy to the signal. A "send and forget" communication in which the transmitting station sends its data and its associated redundancy only once by sending each data signal with a sufficient amount of redundancy (typically more than 5 times). A system can be provided. In this case, the transmitting station does not have to request a channel, wait for a free channel, and retransmit an unsuccessful channel request. Furthermore, the receiving station does not require the large number of receivers provided in GB-A-2241847. Typically, a second receiver can be provided to improve performance in certain situations, but only one receiver need be provided at each receiving station. The present invention is particularly suitable for passive optical network (PON) communication systems with wide bandwidth, so that multiple channels can be provided by wavelength division multiplexer (WDM) or dedicated multi-channel (CMC) devices. it can. Subcarrier multiplexer processing may also be used if each transmitting station uses the same optical frequency but a unique electrical frequency. However, the invention is not limited to optical systems, but can also be applied to systems with wires (using spatial or frequency division multiplexers) and wireless systems. The system according to the invention is characterized in that there is no inherent acknowledgment of the received signal. It forms a segment with no unique acknowledgment, rather than no acknowledgment at all. The reason is that typical systems often use user level acknowledgments in the form of relevant responses to previous messages. The communication system according to the present invention can be preferably provided as an asynchronous system, which can further simplify the signal throughput and help reduce the cost. It is clear that the large redundancy required by the present invention is a particular drawback when any transmitter should be operated from a power source, but this drawback is due to the redundancy provided by the maximum distance separable (MDS) code. It can be minimized (as well as for optical systems, wired systems, and wireless systems). Such code provides optimal performance for a given amount of redundancy. The present invention also relates to a transmitting station and a digital data communication method using the data communication system according to the present invention. The present invention will be illustrated and described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a block diagram of an optical embodiment according to the present invention. FIG. 2 shows a diagram to assist in the description of the invention. FIG. 3 shows a graph of cell loss probability against cell division coefficient in the present invention. FIG. 4 shows a graph of cell division coefficient with respect to system throughput. FIG. 5 shows a graph of cell division factors for different coding rates for different values of system throughput. FIG. 6 is a block diagram of an embodiment of the switch of the present invention. FIG. 7 shows a graph of cell division factor versus coding rate for a system with two receivers per receiving station. In the drawings, the same reference numerals are used for the same forms. FIG. 1 illustrates a type of multi-access network that can be used with the present invention. The optical receiving station RS is coupled via an optical fiber to a passive star coupler SC. This passive star coupler SC is also connected via optical fibers to a plurality of transmitting stations TS1, T S2, ..., TSN (only three stations are shown for clarity). Each transmitter station TS, for example TS1, comprises a cascaded data source DS1, a coder C1 and a transmitter Tx1. Each transmitter is arranged to transmit at a particular optical frequency f1, f2, ..., fN that differs from the optical frequencies of the other transmitters. The receiving station RS comprises a receiver Rx which can be tuned to any one of the transmitter frequencies and thus receives any signal transmitted from the transmitter. The receiver Rx can be a heterodyne variation where the optical frequencies of the transmitter can be placed in close proximity, and such a frequency division system is commonly referred to as coherent multi-channel (CMC). The frequencies can also be spaced more widely so that optical filtering can be used to separate the channels that can be directly detected. This latter frequency division technique is commonly referred to as wavelength division multiplexer processing (WDM). The details of the hardware implementing any of these optical communication techniques are well known to those skilled in the art. The operation of the coders C1, C2, ..., CN will be described below. Consider the throttled case as an example of synchronizing all encoded data signals from the transmitting station at the combiner SC and thus at the receiving station RS. One of the techniques for achieving this synchronization is to measure the round-trip delay from each transmitting station to the receiving station and assign the transmission output timing to each transmitter. This is actually a time equal to half the difference between the round trip delay of a particular transmitter station and the round trip delay of the transmitter station furthest from the receiver station. At this time, no other delay is applied to this farthest transmitting station. Other techniques assign time delays to virtual transmitting stations that are as far apart as possible, which results in unnecessarily long delays in most systems. In such a straightforward example, each coder C is simply arranged to repeat the digital data signal from each data source DS 5 times, so that the signal transmitted from the transmitter Tx is simply six identical signals. It will be a continuous version of. The receiver of the receiving station need only tune to each frequency of the transmitting station in any order to receive all the data. FIG. 2 is a diagram representing the operation of the system, in which the vertical axis represents the transmit and receiver functions from multiple separate transmitters and the horizontal axis represents time. Consider a worst-case throttled device in which six transmitter stations TS1-TS6 transmit data signals six consecutive times simultaneously at six different frequencies. This repetitive code is the simplest type of redundancy that can be used with the present invention. Therefore, the receiver can receive the complete data signal from each transmitting station by tuning to the frequencies of all transmitting stations and receiving these transmitted signals in any order. In the illustrated example, the receiver tunes to the signals from the six transmitters in the order Tx3, Tx1, Tx4, Tx6, Tx5, Tx2. Since the data is transmitted on different channels, simultaneous signals do not damage each other by so-called non-destructive collisions. By adding significant redundancy to each of the signals from the data sources, all of the data signals can be communicated between the transmitting and receiving stations without any arbitrary overhead signal transmission. Obviously, it is necessary to take into account the time taken by the receiver to tune for each new frequency, which requires a receiver that tunes quickly. In addition to or instead of such receivers, the transmitters are arranged so as to provide a small amount of time, in other words a guard slot, between successive transmissions of the data signals of these transmitters. So that all of the data signals are received in their entirety. The communication system according to the invention usually does not have the luxury of adding sufficient redundancy to each digital data signal, the amount of signal and redundancy being equal to the number of transmitting stations in the system. When the digital data to be communicated is believed to occur in a cell, as the size of the system increases, a number of arbitrary characteristics are used to provide an acceptable low probability of cell loss by statistical multiplexing. can do. Obviously, if multiple channels need to be active at the same time, cells from one or more transmitting stations will not be received. The probability of acceptable cell loss is determined by the application, so that the following description takes a cell loss probability of 10 −9 as an acceptable level, but this number may increase or decrease depending on the application. A more efficient use of the available transit times of a communication system results from the use of more sophisticated redundant coding, especially maximum distance separable (MDS) coding. This encoding is described in detail in Chapter 11 of Theory of Error Collecting Codes by FJ MacWilliams and NJA Sloane, published by North Holland Publishing Company, Amsterdam. These codes have the property that the maximum possible distance between the codeword and the k code can be taken as the message code. Therefore, in order to apply these codes to this communication system, a data cell is divided into a plurality of k microcells and then coded using an MDS code to generate n coded microcells. Any k of the n coded microcells can be used to reconstruct the original k microcells and thus the original data signal. In this case, the description k is called a cell division coefficient. The advantages of such a code for this communication system are readily apparent from the description below. To simplify the analysis, the synchronization system allows the receiver to receive microcells from any channel in each time slot (in other words, some guard time of the first receiver, ie some microcells). Think of it as something you can do. Consider a microcell to arbitrarily receive from these channels that contain signals. As is usual in communication system analysis, the ultimate goal is to maximize throughput. The time required for each of the N transmitting stations to transmit data cells at a rate of α cells every second at any time and B cells at a rate of 1 second. Is assumed to be β seconds. The probability of receiving uncoded and undivided cells is P = (number of cells received per unit time) / (number of cells transmitted per unit time) Becomes In this case, redundancy is added using the maximum distance separable code. The cell is divided into k partitions called microcells, and these microcells are divided into n pieces such that any k of the n microcells are sufficient to reconstruct the original cell. Code into microcells. The probability of receiving a microcell is similar to P above and is given by: If any k or more microcells are received, the cells can be reconstructed sequentially, and thus the reception probability of the cells is then Becomes In practice, it is ideal to assume that the number n of coded microcells is large and the required cell loss probability is small. As a result, the product of n and p (the probability of receiving microcells) is well above 1, and np (1-p) is above 1. In such a situation, the binomial distribution can be approximated by a Gaussian distribution function G, Becomes Here, x = (k-1-np) / √ (np (1-p)). Under the constraint that n tends to be infinite and the coding rate k / n is less than the probability p of receiving a microcell, x becomes infinity in the negative direction and the integral term of the equation of P Tends to zero. Therefore, the probability P of receiving a cell is Under the condition, it tends to approach 1. here, To simplify. Therefore, for a small coding rate (meaning that n / k is large), the throughput Nαβ approaches 1. This result is consistent with the insight that if each transmitting station transmits one coded cell at a very low coding rate, the receiver can actually receive the data in a constant manner. Suppose the receiver is aware of the channel containing the data to be received. This is done, for example, by continuously sensing the energy of all of the channels, i.e. in a frequency division multiplexer system, to obtain a frequency spectrum with multiple "records"('blips') representing these channels containing signals. This can be achieved by including a very fast scanning receiver. Suitable channel sensing devices are known to those skilled in the art. When applying the invention to an asynchronous communication system, the calculated throughput is slightly worse. The reason is that transmission of unslotted data causes another microcell to be lost. This deterioration is naturally compensated by the lack of overall timing requirements of the asynchronous system. Obviously, in a real system, n cannot be infinite, so that the probability P of receiving a cell is not exactly one. Therefore, it is necessary to determine which actual value of n is applicable to the communication system with acceptable cell loss probability and throughput. FIG. 3 shows a graph of cell loss probability on the vertical (logarithmic) axis against the cell division factor k on the horizontal axis for a coding rate of 1/8 and a throughput Nαβ of 0.5. Obviously, a large value of k is required for the ideal cell loss probability value. The allowable cell loss probability varies greatly depending on the application, and in this case, the probability is 10 -9 . It is desirable to minimize the value of k as well as maximize the coding rate and throughput provided to the actual system. These requirements are conflicting and need to be balanced for any particular application. The following graph will help you achieve this balance. FIG. 4 shows the vertical axis cell division factor k for horizontal axis throughput N α β for a plurality of different coding rate values. The highest (dashed) curve corresponds to a coding rate of 1/3, the next curve (dashed line) corresponds to a coding rate of 1/100, the solid line is actually 1/5 in descending order. There are three curves corresponding to a coding rate of 1,1 / 7,1 / 9. As can be seen, for a given throughput, the value of k decreases first and then increases as the coding rate decreases. This means that the value of k can be reduced for the coding rate for a given throughput value. FIG. 5 shows the cell division factor k on the vertical axis for the inverse of the coding rate on the horizontal axis for various values of throughput. The maximum curve corresponds to a throughput of 0.6 and the remaining curves correspond to throughputs of 0.5, 0.4 and 0.3 respectively. One of the interesting areas on the graph is for a throughput with a coding rate around 1/8 and a cell division factor of about 60. By using these graphs, the parameters of the communication system according to the present invention can be defined so as to meet the requirements of the user. Although completely arbitrary access has been described, the operation of the receiver can be modified within the scope of the invention, taking into account, for example, significantly different traffic densities from multiple transmitting stations. If the transmitting station TS1 has a traffic density above 5 times the average traffic density of the transmitting station TS2, the coding rate of the coders C1, C2 and the operation of the receiver can be arranged as follows. Apply the rate 1/2 code to the data traffic from TS1, i.e., let n only double k. The rate 1/10 code is applied to the data from TS2, ie n is only 10 times k. For a given amount of data, TS2 will transmit 5 times the microcells as TS1, but because of their different traffic densities, these stations will transmit at equal time rates. It gives the receiving station information to bias its receiver in favor of reception from TS1. The proportion of time spent on reception from TS1 is more than five times the proportion of time spent on reception from TS2. However, the operation of the receiver remains arbitrary. The different coding rates are compensated by the behavior of the receiver which gives equally equal cell loss probabilities for cells from both TS1 and TS2. However, the throughput from TS1 to the receiving station is more than 5 times that from TS2. However, it is also possible to arrange the receiver to operate quite arbitrarily, in which case different coding rates result in different error probabilities rather than different throughputs. This principle can be further extended to accommodate a large number of different traffic rates, with or without changing the behavior of the receiver, and arranged to be compatible under the control of network management. You can also do it. By adding a second receiver to the receiving station, the communication system can be arranged with improved performance at some extra cost. FIG. 6 shows an embodiment of a switch according to the invention in which a plurality of transmission stations TS1, TS2, TS3 ... TSN are coupled to each transmission line L1, L2, L3 ... LN respectively. All transmission lines from the transmitting station are connected to the receiving station RS1. As in the example above, each transmitting station comprises a data source DS which supplies digital data to a coder C, which supplies the coded data to a transmitter Tx. The transmitter Tx1 transmits data and redundancy along the transmission line L1. The remaining transmitting stations TS2 ... TSN are similarly configured, and these stations transmit data and redundancy along each transmission line L2 ... LN. The receiving station RS1 comprises two receivers Rx1 and Rx2, each of which may be connected to any one of the N transmission lines L via switches SW1 and SW2. The method of transmitting data and redundancy in this form can take any suitable form. The receivers Rx1 and Rx2 are optimally arranged to receive from different channels to avoid the previously mentioned waste of the reception source. Each receiver could be arranged to receive signals from a subset of transmitters, but this does not actually mean that two receivers benefit from the statistical multiplexing as in the single system case. Provide a personalized communication system. In operation, the stiff wire embodiment of the present invention as shown in FIG. 6 operates in much the same manner as the optical embodiment, but physically imparts channel separation rather than frequency domain. The difficulty of facing the optical domain of receive channel switching time is somewhat less than that of the wire embodiment. The reason is that rapid solid state switches can be readily utilized and channel energy sensing can be facilitated. Furthermore, the hard wire embodiment (provided that the two receivers are arranged to receive from different channels) has a bit rate that is due to the receiver loading of the optical embodiment of FIG. Does not suffer from deterioration. FIG. 7 shows a graph of cell division factor versus coding rate for two receivers per receiving station system of FIG. It can be seen that good results are obtained with values of coding rate as low as 2 or 3. The top curve corresponds to a throughput of 0.95 and the remaining curves relate to 0.9, 0.8 and 0.6 throughput in descending order respectively. These throughput values are based on the assumption that the receiving station always receives from different transmitting stations. In order to apply this graph to the optical case, the throughput value for this graph needs to be halved. The reason is that the transmitted signal power is split between the receivers. Compared to the graph of FIG. 5, by using the second receiver, the cell division factor can be reduced by about 25% for the same system throughput. Although more receivers can be added, a smaller number of receivers is preferable for the balance of throughput, reliability and cost. Two receivers are preferred in practice. The reason is that the reduction in return is small and the first additional receiver provides optimal performance gain for a given additional cost. The invention can also be applied in the field of radio, in particular in the case where the transmitting station is powered from the mains, i. The channel separation is best done by a frequency division multiplexer, but one can consider applications where a code separation multiplexer is used to provide separate transmission channels. In such a case, each transmitting station TS has its own unique extension code or key that produces a signal that is orthogonal to all other transmitted signals, thereby providing a non-destructive multi-access channel.
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